1.1 Lightning Arrester

Lightning Arrester (LA) adalah peralatan listrik yang dapat dengan segera

mengamankan akibat tegangan lebih pada jaringan listrik dengan cara membumikan

muatan listrik berlebihan yang disebabkan oleh gangguan. Oleh karena itu, dalam pusat

listrik harus ada lightning arrester (penangkal petir) yang berfungsi menangkal gelombang

berjalan dari petir yang akan masuk ke instalasi pusat pembangkit listrik. Gelombang

berjalan juga dapat berasal dari pembukaan dan penutupan pemutus tenaga atau circuit

breaker (switching). 

Pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi (TET) yang besarnya di atas 350 kV, surja

tegangan yang disebabkan oleh switching lebih besar dari pada surja petir.  Saluran udara

yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagian instalasi pusat pembangkit

listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanya harus diberi lightning arrester.

Selain itu, lightning arrester harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak

sedekat mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang merupakan

gelombang berjalan menuju ke transformator akan melihat transformator sebagai suatu

ujung terbuka (karena transformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga

gelombang pantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti

transformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja

yang datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arrester harus dipasang sedekat

mungkin dengan transformator. Lightning arrester bekerja pada tegangan tertentu di atas

tegangan operasi untuk membuang muatan listrik dari surja petir dan berhenti beroperasi

pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi agar tidak terjadi arus pada tegangan

operasi, dan perbandingan dua tegangan ini disebut rasio proteksi arester.

Rasio proteksi arester meruapakan tingkat isolasi bahan arrester harus berada di

bawah tingkat isolasi bahan transformator agar apabila sampai terjadi flashover, maka

flashover diharapkan terjadi pada arrester dan tidak pada transformator. Transformator

merupakan bagian instalasi pusat listrik yang paling mahal dan rawan terhadap sambaran

petir, selain itu jika sampai terjadi kerusakan transformator, maka daya dari pusat listrik

tidak dapat sepenuhnya disalurkan dan biayanya mahal serta waktu untuk perbaikan relatif

lama.

Terdapat beberapa jenis arester yang sering digunakan pada jaringan tenaga listrik,

diantaranya :

1. Arester sela batang

Arester sela batang biasanya digunakan untuk menjembatani arus gangguan

pada isolator terbuka.

Karakteristik Arester sela batang adalah sebagai berikut :

Sela batang tidak berfungsi jika gelombang mempunyai muka yang curam,

seperti yang terlihat pada gambar diatas.

Sela batang tidak bisa memotong arus ikutan ( follow current ) karena

tegangan lebih yang tinggi, sela sela batang akan terionisasi yang

menyebabkan terjadinya busur. Akibatnya kekuatan isolasi pada sela

menjadi turun. Sela yang pada awalnya mampu menahan tegangan frekuensi

jala-jala misalnya 30 kV, maka setelah terjadinya busur turun menjadi ± 50

V sehingga arus sistem ikut mengalir ke tanah (follow current ) dan

biasanya pada arrester tertentu dipasang sekering untuk memutus arus

ikutan tersebut.

Sela batang dapat meleleh akibat energi panas dengan temperatur tinggi

yang dilepas melalui busur api, maka diperlukan material dengan kekuatan

isolasi yang tinggi

Karakteristik tembus dari sela batang sangat dipengaruhi oleh keadaan alam,

seperti; kelembaban, temperatur, tekanan dan lain-lain.

Selain tidak dapat memotong tegangan terpa dengan muka curam.

Karakteristik arester ini banyak dipengaruhi oleh polaritas dari terpa,

sehingga tidak dapat diandalkan untuk pelindung utama.

2. Arester SiC,

Arester SiC merupakan arester celah terbuka yang dihubungkan seri dengan

resistor non-linier dari silikon carbide.

Cara kerja arester SiC adalah:

Pada tegangan normal, akan terdapat arus kecil Is yang disebabkan resistor

paralel S, resistor ini menjaga distribusi tegangan pada tempat yang

terhubung seri G.

surja tegangan akan menyalakan celah G dan gelombang arus akan melalui

piringan SiC, dimana energinya akan didisipasi.

Kemudian arus Ia akan melalui kumparan C dan menghasilkan medan

magnet yang akan melebarkan busur di celah udara. Busur akan dingin dan

padam.

3. Arester ZnO,

Arester ZnO meruapaka arester tanpa celah yang terdiri dari campuran

resistor non-linier dari oksida metal.

Perbandingan Kinerja Arester ( Sela batang, SiC, dan ZnO ) :

Sedangkan untuk perhitungan lokasi arester adalah sebagai berikut :

Jarak ini seperti diperlihatkan pada gambar . Dimana gelombang berjalan ke arah

kanan, gelombang yang ditimbulkan sebesar UR dan tiba di arester A sebesar;

UR = S . t .................... 1)

dimana S adalah kecuraman gelombang dalam kV/µd dan t adalah waktu setelah

gelombang tiba di A. Gelombang ini menuju trafo dan dipantulkan kembali oleh trafo T

menuju A dengan amplitudo UL.

UL = r. S(t – 2 t0 ) ..................... 2)

dimana r adalah koefisien pantulan di trafo dan t0 adalah waktu perjalanan antara A dan T.

Kedua gelombang ditambahkan di A sampai arester A tembus pada level Ua, atau;

UR + UL= Ua .................... 3)

atau

S.ta+ r.S.(ta - 2t0) = Ua .................. 3a)

dimana ta adalah waktu arester A tembus.

Gelombang dipotong dengan puncak S.ta bergerak ke kanan, dan dipantulkan lagi oleh

trafo T dengan amplitudo;

( 1 + r )S . ta ............ 4)

Jika gelombang ini sama dengan tegangan ketahanan trafo UT, maka;

( 1 + r )S . ta = UT ...................... 5)

Dengan mengeliminasi ta dari pers. 3a dan 5, di dapat ;

t o=U t−U a

2 rS..................... 6)

dan akhirnya jarak proteksi x0 sama dengan v.t0, dimana v adalah kecepatan merambat

gelombang;

X o=U t−U a

2 rS. v........................ 7)

dengan jarak proteksi arester sejauh x0, maka transformator T dapat di proteksi; jika arester

diletakan lebih jauh dari x0, maka tegangan lebih di trafo T melebihi level UT.